3.11. Факторы нагрузки

Эти факторы связаны с режимом работы элементов системы, свойственным им независимо от того, наблюдается воздействие того или иного фактора (климатического, биологического и др.) на элемент или это воздействие отсутствует, и энергией, накопленной материалом элементов системы.

Механическая энергия приводит к изнашиванию сопряжений, искажению первоначальной формы элементов и при достижении определенных отклонений от первоначальных значений возникает отказ. Таким образом, нарушается основное условие, предопределяющее безопасную работу оборудования, которое заключается в том, что его составные части должны выдерживать заданные рабочие нагрузки и, таким образом, обеспечивать безопасность окружающей среды.

К причинам механических повреждений элементов и систем в целом относятся:

- конструкции, не обеспечивающие их целостность при перепадах внутреннего давления, действия внешних сил, коррозии, изменения температуры, знакопеременных нагрузках;

- механические поломки вследствие коррозии и ударов;

- поломки таких узлов, как насосы и компрессоры, вентиляторы;

- неисправности в системе контроля (датчики давления и температуры, индикаторы уровня, приборы управления и т.д.);

- неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны, системы сброса давления, системы нейтрализации и т.д.);

- нарушение сварных швов и соединительных фланцев.

В механических системах изменение силы, воздействующей на элементы, изменяет нагрузку, приходящуюся на эти элементы, что приводит к большему или меньшему накоплению признаков усталости, а следовательно, к изменению величины вероятности разрушения элемента за определенный промежуток времени.

Параметром, определяющим степень нагрузки составляющих систему элементов, зависящей от его режима работы, является коэффициент нагрузки, представляющий собой отношение рабочей нагрузки (А_р), действующей на элемент, к номинальному значению нагрузки (А_н), обусловленному нормативами (техническими условиями):К_н=А_р /А_н. Расчеты значений К_ндля элементов различных систем не всегда просты, и в ряде случаев необходимы экспериментальные исследования.

Химическая энергия вызывает процессы коррозии в резервуарах и трубопроводах агрегатов химической промышленности. Повреждение стенок резервуаров может привести вначале к ухудшению выходных параметров агрегата (загрязнение химических веществ, изменение пропускных сечений трубопроводов), а затем при разрушении стенок - к полному выходу из строя системы.

В радиоэлектронной и электрической аппаратуре в различных режимах ее работы может изменяться электрическая нагрузка на составные элементы, в связи с чем (при прочих равных условиях эксплуатации) меняется значение интенсивности их отказов.

§ 4. Основны теории расчета надежности технических систем

Теория надежности - сравнительно молодая научно-техническая дисциплина, формирование которой в современном виде относится к 50-м годам ХХ столетия. Первые шаги в области исследований надежности были связаны со сбором статистических данных о надежности радиоэлементов, а все усилия специалистов были направлены на определение причин ненадежности. Следующими шагами стали: развитие физической надежности (физики отказов) и развитие математических основ теории надежности, явившихся обязательным атрибутом разработки и проектирования сложных и ответственных технических систем. В этом ракурсе под теорией надежности понимают научную дисциплину, которая изучает закономерности сохранения во времени техническими системами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов и транспортирования.

Основные вопросы, которые изучает теория надежности - отказы технических элементов (средств, систем); критерии и количественные характеристики надежности; методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надежность: методы оценки эффективности повышения надежности.

В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надежности, вопросы обеспечения надежности данной конкретной техники (радиоэлектронные приборы, средства вычислительной техники, транспортные машины, продуктопроводы, химические реакторы и т.д.). При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надежности в конкретной области техники и ведется разработка таких новых положений, методов и приемов, которые отражают специфику данного вида техники. Так возникла прикладная теория надежности.

Обеспечение надежности является серьезной задачей для специалиста, эксплуатирующего сложные технические системы, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. Во-первых, он должен рассмотреть последствия каждого отказа. Неучтенные отказы могут стать впоследствии причиной невыполнения производственной программы. Во-вторых, частые отказы или длительные периоды неисправного состояния могут привести к полной потере работоспособности системы и ее непригодности к последующей эксплуатации. Третий аспект надежности связан с безопасностью для людей и окружающей среды.

Очевидно, без знания основных вопросов математической теории надежности невозможно реализовать наилучшие условия проектирования технических систем и решить задачи безопасности при эксплуатации.

Рассмотрение вопросов теории надежности ограничивается рассмотрением понятий, законов распределения отказов, способов резервирования, и основных методов расчета надежности систем до первого отказа.